(57)【要約】光学装置は、第１の光軸の方向に光線を放出する光源を備え、第１の光軸の空間的な向きは、光源の機械的構造に関連付けて定義され、光学装置は、さらに、光源から離れて配置される、光線のための第１の反射器と、第１の反射器によって反射される光線のための第２の反射器と、を備える。第１の反射器は、光線を第２の光軸の方向に反射するように、第１の光軸から交差方向にオフセットされて配置される再帰反射器であり、第２の光軸は、交差方向のオフセットの交差方向における第１の光軸に対する交差方向のオフセットの２倍、平行にオフセットされる。第２の反射器は、光源の機械的構造に固定され、また、第１の反射器によって反射された光線を第３の光軸の方向に反射して第１の反射器に戻す。第３の光軸は、固定された交差方向において固定量だけ第２の光軸に対して平行にオフセットされる。結果として、光線は、第１の反射器によって第４の光軸の方向に反射される。第４の光軸は、固定された交差方向と反対の方向に固定量だけ第１の光軸に対して平行にオフセットされる。【選択図】図１
2019527479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置（１）であって、
第１の光軸（４）の方向に光線（３）を放出する光源（２）を備え、
前記第１の光軸（４）の空間的な向きは、前記光源（２）の機械的構造（５）に関連付けて定義され、
前記光学装置（１）は、さらに、
前記光源（２）から離れて配置される、前記光線（３）のための第１の反射器（６）と、
前記第１の反射器（６）によって反射される前記光線（３）のための第２の反射器（１２）と
を備え、
前記第１の反射器（６）は、前記光線（３）を第２の光軸（１１）の方向に反射するように、前記第１の光軸（４）から交差方向にオフセットされて配置される再帰反射器（７）であり、
前記第２の光軸（１１）は、前記交差方向のオフセットの前記交差方向において前記第１の光軸（４）に対して平行にオフセットされ、
前記第２の反射器（１２）は、
前記光源（２）の前記機械的構造（５）に固定され、
前記第１の反射器（６）によって反射される前記光線（３）を第３の光軸（１３）の方向に反射し、
前記第３の光軸（１３）は、固定された交差方向において固定量（１４）だけ前記第２の光軸（１１）から平行にオフセットされ、
前記第３の光軸（１３）の方向に反射した前記光線（３）は、
−前記光線（３）が前記第１の反射器（６）によって、前記固定された交差方向と反対の方向に前記固定量（１４）だけ前記第１の光軸（４）に対して平行にオフセットされた第４の光軸（１５）の方向に反射されるように、前記第１の反射器（６）に戻されるか、または、
−追加的な再帰反射器（４９）に至り、
前記追加的な再帰反射器（４９）は、
前記第１の反射器（６）に固定的に結合され、
前記光線（３）が、前記追加的な再帰反射器（４９）によって、前記固定された交差方向にさらなる固定量（５１）だけ前記第１の光軸（４）に対して平行にオフセットされた第４の光軸（１５）の方向に反射されるように方向付けられる
光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学装置（１）であって、
前記再帰反射器（７）の前記第１の光軸（４）からの前記交差方向のオフセットと、
前記第４の光軸（１５）の前記第１の光軸（２）からの前記固定された交差方向と反対方向の平行なオフセットと、の角度（２９）は、１０度以上、７０度以下、または、２０度以上、５０度以下である
光学装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学装置（１）であって、
前記固定量（１４）は、前記角度のコサインを乗算された前記再帰反射器の前記交差方向のオフセットの１倍以上、３倍以下、または、１．５倍以上、２．５倍以下である
光学装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の光学装置（１）であって、
前記第２の反射器（１２）は、前記光線（３）を反射する３つの平面（１８〜２０）を有するミラー装置またはプリズム（１７，２３）である
光学装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光学装置（１）であって、
前記２つの平面のうちの１つの平面（１９）は、前記第１の光軸（４）に対して垂直に方向付けられ、
残りの２つの平面（１８，２０）は、前記１つの平面（１９）の面法線（２１）に対して軸対称に配置され、
前記３つの平面（１８〜２０）の全ての面法線は、１つの平面内にある
光学装置。
【請求項６】
請求項４に記載の光学装置（１）であって、
前記平面のうちの１つの平面（２０）は、前記第１の光軸（４）に対して４５度の角度で配置される
光学装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の光学装置（１）であって、
前記第１の反射器（６）によって前記第４の光軸（１５）の方向に再び反射される前記光線（３）のための第３の反射器（２７）が、前記光源（２）の前記機械的構造（５）に固定される
光学装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光学装置（１）であって、
前記第３の反射器（２７）は、前記第４の光軸（１５）の方向に反射させて前記第１の反射器（６）に戻す
光学装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光学装置（１）であって、
前記第３の反射器（２７）は、前記第１の光軸（４）に対して垂直に方向付けられた平面鏡（２２）である
光学装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光学装置（１）であって、
前記第３の反射器（２７）は、前記第４の光軸（１５）の中心のまわりで湾曲した凸ミラー（２８）である
光学装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の光学装置（１）であって、
前記第１の反射器（６）、および、存在する場合には、前記追加的な再帰反射器（４９）は、三面プリズム（８）または三面鏡を備える
光学装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の光学装置（１）であって、
前記光源（２）はレーザ材料を含有し、
前記光線（３）はレーザ光線である
光学装置。
【請求項１３】
レーザであって、
レーザ共振器と、
請求項１２に記載の光学装置（１）と
を備え、
前記第１の反射器（６）および前記第２の反射器（１２）は、前記レーザ共振器の一部分であり、
前記光源（２）の前記レーザ材料は、前記レーザ共振器内に配置された
レーザ。
【請求項１４】
請求項１２に記載の光学装置（１）を有するレーザ干渉計（３４）であって、
前記光源（２）の前記機械的構造（５）に固定される光学素子が専ら配置される光路において、前記第１の反射器（６）および前記第２の反射器（１２）によって反射された前記光線は、該光線に干渉可能な光線と重畳される
レーザ干渉計。
【請求項１５】
請求項１２に記載の光学装置（１）を有するレーザ分光計（５２）であって、
前記光源（２）と、前記第２の反射器（１２）と、前記光源（２）の前記機械的構造（５）に固定される検出器（４３）とは、第１の側に配置され、
前記第１の反射器（６）は、前記第１の反射器（６）および前記第２の反射器（１２）によって反射された前記光線が、前記検出器（４３）に当たる前に、測定体積（４５）を通って少なくとも４回通過するように、前記第１の側と対向する、前記測定体積（４５）の第２の側に配置される
レーザ分光計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［0001］本発明は、光軸の方向に光線を放出する光源を有する光学装置に関する。光軸は、光源の機械的構造に関して定義され、光学装置は、光源から離れて配置される光線のための第１の反射器と、第１の反射器によって反射される光線のための第２の反射器と、を有している。
【０００２】
［0002］この光学装置は、レーザ共振器の一部分であってもよいし、レーザ干渉計またはレーザ分光計の一部分を形成してもよい。
【背景技術】
【０００３】
［0003］レーザ共振器が、所望のビーム品質を達成するために、レーザ共振器の境界を定める反射器同士の間に大きな光学距離を有するように設計される場合、課題の１つは、反射器を、これらの反射器によって反射されたレーザ光線がそれ自身上に反射されるように、それらの向きに関して安定化させることである。多くの場合では、レーザ材料を含む光源から離れて配置される反射器がそれらの位置および向きに関して十分に強固に固定され得る強固な機械的構造はない。レーザ干渉計では、同様の問題が生じ、この問題は、レーザ光線を反射して自身に戻すべき反射器がレーザ光線の方向に移動可能であり、したがって、機械的構造に強固に固定できない場合にさらに大きくなる。反射器が測定部の側に配置されるレーザ分光計も、反射されたレーザ光線が所望の方向を（例えば、検出器に向けて）維持するように、反射器の安定的な向きを必要とする。
【０００４】
［0004］再帰反射器は、原理上は、入射光を反射してそれぞれの光源に戻す。しかしながら、再帰反射器としての三面プリズムが入射レーザ光線を反射するとき、反射されるレーザ光線は、入射レーザ光線から平行にオフセットされる。ここで、平行なオフセットの量は、入射レーザ光線の光軸に対する三面プリズムの主軸間の交差方向オフセットと、三面プリズムの主軸と入射レーザ光線の光軸との角度と、に依存する。再帰反射器として使用される反射板（キャッツアイ）では、反射板の主軸が入射レーザ光線の光軸に対して傾いている場合には、入射レーザ光線と反射レーザ光線との間に追加的な角度誤差が生じる。
【０００５】
［0005］Zhiguang Xuら、すなわち、調節不要反射板キャビティＨｅ−Ｎｅレーザ、および、その優れた安定性，Optics Express，Vol. 13，NO. 14，２００５年７月１１日，第5565-5573ページによれば、反射器として反射板を使用することが公知であり、それは、レーザキャビティの境界を一方側で定める。
【０００６】
［0006］欧州特許出願公開第２６０４９９９号によれば、気体測定媒体の少なくとも１つの化学的および／または物理的パラメータの吸収分光現場判定のための気体測定装置が公知である。この気体測定装置は、放射源としてのレーザと、レーザによって放出された放射を測定媒体内へ連結するためのプロセスウィンドウと、測定媒体との相互作用の後の放射を検出する少なくとも１つの検出器と、を備えている。プロセスウィンドウは、凸面と凹面とを有するメニスカスレンズとして構成される。さらに、再帰反射器が設けられる。この再帰反射器は、測定媒体内に結合された放射を偏向させ、プロセスウィンドウに戻す。この再帰反射器は、反射板、三面プリズム、三面鏡または平面鏡として構成される。検出器およびレーザは、プロセスウィンドウの一方側に一緒に配置されてもよい。この場合、再帰反射器は、測定媒体の背後で、プロセスウィンドウの他方側に配置される。検出器のために、第２のメニスカスレンズを有する第２のプロセスウィンドウが設けられてもよい。再帰反射器は、シールせずに配置され、測定媒体またはリンス用ガスがその回りを洗浄する。
【０００７】
［0007］再帰反射器の位置または方向の変化は、レーザによって放出されたビームの空間的な向きに対する、反射して検出器に戻るビームの空間的な向きに影響を与える。
【０００８】
［0008］米国特許第４３８３７６２号によれば、強固な振り子を有するフーリエ分光法のための２ビーム干渉計が公知である。強固な振り子には、角度ミラーの形態の移動可能な再帰反射器が取り付けられる。強固な振り子に起因して、再帰反射器の移動能力は、平面に限定される。第１の光軸に沿って入射する光線は、再帰反射器によって第２の光軸の方向に反射される。第２の光軸は、第１の光軸から平行にオフセットされる。第２の光軸上には、直交方向に向けられた平面鏡が配置され、この平面鏡は、第２の光軸上の光線を反射して、振り子上の再帰反射器に戻す。次いで、この振り子は、特に第１の光軸上で、入射のそのもとの方向と反対方向に再び光線を２回目に反射する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
［0009］本発明の基本的な目的は、光学装置を提供することである。この光学装置では、光源から離れて配置され、光源から発生された光線を反射する反射器の位置（好ましくは、位置および向き）が、光学装置から発生された光線の光軸の位置に影響を与えない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
［0010］本発明の目的は、独立請求項１の特徴を有する光学装置によって達成される。従属請求項２〜１２は、本発明にしたがった光学装置の好ましい実施形態に関するものである。請求項１３〜１５は、レーザ共振器、レーザ干渉計およびレーザ分光計における、本発明にしたがった光学装置の用途に関するものである。
【００１１】
［0011］光軸の方向に光線を放出する光源を有する本発明にしたがった光学装置において、光軸の空間的な向きは、光源の機械的構造に対して定義される。光学装置は、光源から離れて配置される第１の反射器と、第１の反射器によって反射された光線のための第２の反射器と、を有している。第１の反射器は、第２の光軸の方向に光線を反射するように、第１の光軸から交差方向にオフセットされて配置される再帰反射器である。第２の光軸は、交差方向のオフセットの交差方向において、第１の光軸に対して交差方向に２倍オフセットされた平行オフセットを有している。第２の反射器は、光源の機械的構造に固定され、第１反射器によって反射された光線を第３の光軸の方向に反射して、第１の反射器に戻す。第３の光軸は、第２の光軸に対して、固定された交差方向において固定された量だけ平行にオフセットされる。それによって、光線は、第１の反射器によって第４の光軸の方向に反射される。第４の光軸は、第１の光軸に対して、上記固定された交差方向とは反対側に固定された量だけ平行にオフセットされる。
【００１２】
［0012］本発明では、第１の反射器は、光源から放出される光線の第１の光軸から交差方向にオフセットされる再帰反射器である。ここで、再帰反射器は光線を自身上には反射しないが、光源によって放出される光線の第１の光軸に対して、反射光線の第２の光軸間で平行にオフセットされることは、想定されるだけでなく、光源の機械的構造に固定された第２の反射器に光線を反射するために、目標とされる態様で有効に利用される。それによって、第２の反射器の向きが第１の光軸に対して定義される。
【００１３】
［0013］第２の反射器は、第１の反射器によって反射された光線を第３の光軸の方向に反射して、第１の反射器に戻すように構成される。第３の光軸は、固定された交差方向において固定された量だけ、第２の光軸から平行にオフセットされる。これは、その目的のために、第２の光軸に対してもその向きを有するように、第１の光軸に対して定義された態様で方向付けられなければならない所定の反射器の既知の特性である。本発明では、第２の反射器によって反射されて再帰反射器に戻される光線は、再帰反射器によって第１の光軸の方向に光源に向けて反射されないが、第４の軸の方向に反射される。第４の軸は、固定された交差方向とは反対側に、固定された量だけ第１の光軸から平行にオフセットされる。固定された量、および、交差方向は、第２の反射器、および、光源の機械的構造へのその固定によって、予め決定される。これによって、第１の光軸に対する第４の光軸の空間的な向きは、第２の反射器、および、光源の機械的構造へのその固定によって、予め完全に決定される。
【００１４】
［0014］第２の反射器によって反射された光線を再帰反射器が反射する方向は、再帰反射器が光源からどれだけ離れているか、および、第１の光軸からの再帰反射器の交差方向のオフセットがどの程度か、とは独立している。これは、再帰反射器が反射板である場合にも当てはまる。
【００１５】
［0015］本発明の実際的な実施では、避けられるべき理論的なケース、すなわち、第２の反射器によってもたらされる第２の光軸と第３の光軸との間での平行なオフセットの固定された量および固定された交差方向が、再帰反射器によってもたらされる第１の光軸と第２の光軸との間での平行なオフセットをちょうど補償するケース（これは、第１の光軸と第３の光軸とを一致させるであろう）には、当てはまらない。しかしながら、再帰反射器の必要なサイズ、すなわち、効果的な断面を限定するために、第２の光軸と第３の光軸との間の平行なオフセットの固定された量、および、固定された交差方向が、再帰反射器によってもたらされる第１の光軸と第２の光軸との間の平行なオフセットを部分的に補償することが好ましい。特に、第２の反射器から生じる、第１の光軸からの再帰反射器の交差方向のオフセットと、第１の光軸に対する第４の光軸の平行なオフセットと、の角度は、１０度〜７０度であってもよく、２０度〜５０度であってもよい。さらに、平行なオフセットの固定された量は、この角度のコサインを乗じた再帰反射器の交差方向のオフセットの１〜３倍または１．５〜２．５倍、すなわち、約２倍であってもよい。これらの表示が、特に、第１の光軸に対する再帰反射器の基本的な向きに関係することが理解される。しかしながら、これらの表示は、第１の光軸に対する再帰反射器の予期される位置変化の全体範囲内に適合されてもよい。
【００１６】
［0016］第２の反射器は、光線を反射する３つの平面を有するミラー装置またはプリズム装置であってもよい。これらの面上では、光線が連続的に反射される。ここで、平面のうちの１つは、第１の光軸に対して直交方向に向けられてもよく、一方、平面のうちの残りの２つは、１つの平面の面法線に対して軸線対称に配置される。３つの平面すべての面法線は、１つの平面内にある。この場合、光線は、まず、他の２つの平面のうちの一方に当たり、次いで、平面のうちの１つに当たり、最終的には、他の２つの平面のうちの他方に当たり、そこで反射される。本発明の他の変形実施形態では、光線を反射する３つの平面のうちの１つは、光線を９０度偏向させるように、第１の光軸に対して４５度の角度で延在し、残りの２つの平面は、さらに９０度だけ、２つの連続的な反射によって、光線を偏向させる。
【００１７】
［0017］第４の光軸上には、第３の反射器が配置されてもよい。第３の反射器は、再帰反射器によって反射された光線を第４の光軸の方向に反射して戻す。また、第３の反射器は、光源の機械的構造に固定される。第３の反射器は、光線を反射して、特に第４の光軸の方向に、再帰反射器に戻してもよく、この目的のために、第３の反射器は、第１の光軸に対して直交方向に向けられた平面鏡であってもよい。次いで、光線は、再帰反射器を介して第２の反射器に戻り、そこから再帰反射器に戻り、最終的に、第１の光軸上の光源に戻る。このようにして、組み合わされたレーザ共振器が形成され得る。この場合、光源は、励起レーザ材料を含有している。第３の反射器は、第２の反射器と同様に、光源の機械的構造に固定されてもよい。第２の反射器と同様に、第３の反射器は一般的に光源から離れて配置されないので、この固定は問題を生じさせない。
【００１８】
［0018］平面鏡として構成される代わりに、第３の反射器は、第４の光軸上の中央のまわりで湾曲した凸ミラーとして構成されてもよい。そのような凸ミラーは、光線の、すなわち、レーザ共振器のレーザ光線のビーム逸脱を制限するために、レーザ共振器のエンド要素としては一般的ではない。
【００１９】
［0019］また、第３の反射器は、第２の反射器と同様に構成されてもよい。すなわち、第３の反射器は、光線を第５の光軸の方向に反射して第１の反射器に戻してもよい。第５の光軸は、さらなる固定量だけ、さらなる固定された交差方向に第４の光軸から平行にオフセットされる。それによって、光線は、第１の反射器によって第６の光軸の方向に反射される。第６の光軸は、固定された交差方向と反対の固定された量に加えて、さらなる固定量だけ、さらなる固定された交差方向と反対方向に第１の光軸から平行にオフセットされる。
【００２０】
［0020］本発明による光学装置の第１の反射器、すなわち、再帰反射器は、特に、三面プリズムまたは三面鏡であってもよく、あるいは、三面プリズムまたは三面鏡を少なくとも備えていてもよい。再帰反射器としてのそのような三面プリズムまたはそのような三面鏡は、再帰反射器によって２回目に反射された光線の第１の光軸に対する位置変化を生じさせることなく、その主軸が第１の光軸に対して傾いていてもよい。次いで、再帰反射器が光源からの光線を２回目に反射する方向における光軸は、再帰反射器の位置および向きから全体的に外される。
【００２１】
［0021］本発明にしたがった進歩的な装置の代替実施形態（これは、第２の反射器によって反射されたレーザ光線の置換された反射に関して、本明細書で記載される本発明にしたがった光学装置の実施形態と異なる）では、この置換された反射は、第１の反射器によっては生じず、第１の反射器に固定的に結合された追加的な再帰反射器によって生じる。第１の反射器および追加的な反射器の固定的な相対配置は、ここでは、特に、２つの再帰反射器が、第３の光軸に交差する方向の固定された距離を有するように、また、当該固定された距離が、固定された角度で、または、第２の光軸と第３の光軸との間の第１の交差方向に平行に延在するようなものである。再帰反射器としての三面プリズムでは、この相対距離は、第３の光軸に直交する方向に延在する三面プリズムの頂点同士の間の距離の成分である。
【００２２】
［0022］２つの再帰反射器の主軸が互いに平行に延在していない場合であっても、本発明の光学装置の代替実施形態では、光線は、第１の反射器に結合された再帰反射器によって第４の光軸の方向に反射される。第４の光軸は、さらなる固定された量だけ、固定された交差方向に第１の光軸から平行にオフセットされる。第２の光軸と第３の光軸との平行なオフセットの固定された量に依存することに加えて、さらなる固定された量は、第１の反射器とそれに固定的に結合された第２の反射器との間の固定された距離に依存し、また、固定された距離と固定された交差方向との間に存在する固定された角度に依存する。特に、オプション的には、固定された距離と固定された交差方向との間に存在する角度のコサインが乗算される複数の再帰反射器の固定された距離と、第２の光軸と第３の光軸との間の交差方向のオフセットの固定された量と、の間に違いがあることが重要である。そのような違いが無ければ、また、固定された距離と固定された交差方向との間に角度が無ければ、固定された量と、さらなる固定された量と、は同じであり、２つの交差方向のオフセットは、同じ方向に延在する。固定された距離が小さくなると、特に固定された量に対する差の２倍だけ、さらなる固定された量は減少する。同様に、固定された距離が大きくなると、さらなる固定された量は増大する。
【００２３】
［0023］本発明の装置の代替実施形態でも、第２の反射器は、ゼロではない固定された量の交差方向のオフセットを導入し、その結果、それは平面鏡ではない。第１の再帰反射器および第２の再帰反射器は、好ましくは、両方とも三面プリズムまたは三面鏡である。有利には、それらは、同じサイズである。それらは、同一の構成を有していてもよい。本発明の上述した第１の実施形態の他の特徴の全て（特に、第２の再帰反射器の構成）は、本発明にしたがった光学装置のこの代替実施形態において実施されてもよい。
【００２４】
［0024］上述したように、光源は、励起レーザ材料を含有していてもよく、したがって、光線は、レーザ光線であってもよい。特に、本発明にしたがった光学装置は、レーザ共振器を有するレーザの一部分であってもよい。第１の反射器および第２の反射器（ならびに、オプション的には、第１の反射器に結合された再帰反射器）はレーザ共振器の一部であり、光源のレーザ材料はレーザ共振器内に配置される。
【００２５】
［0025］さらに、本発明にしたがった光学装置は、レーザ干渉計の一部分であってもよい。この場合、第１の反射器および第２の反射器（ならびに、オプション的には、第１の反射器に結合された再帰反射器）によって反射された光線は、それと干渉可能な光線と重畳される。その光路では、光源の機械的構造に固定された光学素子のみが配置される。
【００２６】
［0026］さらに、本発明にしたがった光学装置は、レーザ分光計の一部分であってもよい。この場合、光源、第２の反射器、および、光源の機械的構造に固定された検出器は、第１の側に配置され、第１の反射器（および、オプション的には、第1の反射器に結合された再帰反射器）は、測定体積の第２の側に配置される。第２の側は、第１の反射器および第２の反射器（ならびに、オプション的には、第１の反射器に結合された再帰反射器）によって反射された光線が、検出器に当たる前に、測定体積を少なくとも４回通過するように、第１の側と対向している。
【００２７】
［0027］レーザ分光計は、欧州特許出願公開第２６０４９９９号によって公知の気体測定装置とは異なっており、光学装置と検出器とを有している。光学装置は、レーザ材料を含有するとともに第１の光軸の方向に光線を放出する光源を備えている。光線はレーザ光線である。光源の機械的構造に対する第１の光軸の空間的な向きが定義される。光学装置は、さらに、光源から離れて配置された、光線のための第１の反射器を備えている。第１の反射器は、光線を第２の光軸の方向に反射するように、第１の光軸から交差方向にオフセットされて配置される再帰反射器である。第２の光軸は、交差方向のオフセットの交差方向において第１の光軸から平行にオフセットされる。検出器は、光源の機械的構造に固定される。光源および検出器は、測定体積の第１の側に配置され、第１の反射器は、測定体積の第２の側に配置され、それは、第１の反射によって反射された光線が、検出器に当たる前に、測定体積を通過するように、第１の側を向いている。特に、光学装置の第２の反射器は、光源の機械的構造に固定され、また、第１の反射器によって第３の光軸の方向に反射された光線を反射する。第３の光軸は、固定された量だけ、固定された交差方向に第２の光軸から平行にオフセットされる。第２の反射器によって反射された光線は、第１の反射器および第２の反射器によって反射された光線が、検出器に当たる前に、測定体積を少なくとも４回通過するように、
−光線が第１の反射器によって、このときは、固定された交差方向と反対の方向に固定された量だけ第１の光軸から平行にオフセットされた第４の光軸の方向に、再び反射されるように、第１の反射器に戻るか、または、
−第１の反射器に固定的に結合されるとともに、光線が追加的な再帰反射器によって、固定された交差方向にさらなる固定された量だけ第１の光軸から平行にオフセットされた第４の光軸の方向に反射されるように方向付けられた追加的な再帰反射器に至る。
【００２８】
［0028］本発明にしたがった光学装置の上述の使用方法の全てにおいて、再帰反射器が光線を２回目に反射する方向における光軸の位置的安定性は、再帰反射器の位置および向きが変化することと比べて大きな利点であることが分かっている。
【００２９】
［0029］本発明にしたがった光学装置は、距離測定装置の一部分であってもよい。この場合、光源、第２の反射器、および、光源の機械的構造に固定された検出器は、測定されるべき距離の一端に配置され、第１の反射器は、第１の反射器および第２の反射器によって反射される光線が、検出器に当たる前に、少なくとも４倍の距離に及ぶように、測定されるべき距離の他端に配置される。このため、光線の移動路は、第１の反射器での光線の単一の反射に比べて２倍になる。これによって、その実際的な測定が簡素化され、第１の反射器の位置および向きが変化する場合であっても、光線が高い信頼性で検出器に当たる。
【００３０】
［0030］本発明の有利な発展は、特許請求の範囲、明細書および図面から生じる。明細書に記載された特徴、および、いくつかの特徴の組み合わせの利点は、単なる例であり、本発明の実施形態によって必ず達成されなければならない利点なしに、選択的に、または、累積的に効果的になり得る。追加された請求項の主題が修正されることなく、それによって、出願時の出願書類および特許の開示内容に関して次の事項が適用される。すなわち、さらなる特徴が図面から得られ得る（特に、いくつかの構成要素の表される形状および互いに対する相対寸法、ならびに、それらの相対配置および作動関係）。本発明の様々な実施形態の特徴の組み合わせ、または、様々な請求項の特徴の組み合わせは、特許請求の範囲における選択された引用から離れても可能であり、それによって示唆される。これは、別々の図面またはそれらの説明に表された特徴にも関する。これらの特徴は、様々な請求項の特徴と組み合わされてもよい。同様に、特許請求の範囲に記載された特徴は、本発明の追加的な実施形態について、省略されてもよい。
【００３１】
［0031］多数の特徴に関して、特許請求の範囲および明細書に記載された特徴について、「少なくとも」との副詞的な表現の明示的な使用の必要なく、正確にこの数が存在するか、または、記載された数よりも多数が存在することが理解されるべきである。このため、例えば、プリズムが言及される場合、これは、正確に１つのプリズムが存在すること、２つのプリズムが存在すること、あるいは、それ以上の数のプリズムが存在することを意味していると理解されるべきである。特許請求の範囲に記載された特徴は、他の特徴によって完成されてもよく、あるいは、それぞれの結果物が示す特徴のみであってもよい。
【００３２】
［0032］特許請求の範囲に含まれる参照符号は、特許請求の範囲によって保護される主題の範囲を制限することを表すものではない。それらは、特許請求の範囲を理解しやすくする目的のみで使用されている。
【００３３】
［0033］以下では、図面に表された好ましい実施形態の例を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明にしたがった光学装置の一実施形態を第１の側面図である。
【図２】図１の視方向に直交する視方向における図１にしたがった実施形態の光学装置の第２の側面図である。
【図３】図１および図２の視方向に直交する軸視方向における図１および図２にしたがった光学装置の実施形態の図を示している。
【図４】第１の実施形態における図１〜３にしたがった光学装置の第２の反射器を示している。
【図５】図４にしたがった実施形態と等しい効果が得られる第２の実施形態における第２の反射器を示している。
【図６】第３の実施形態における第２の反射器を示している。
【図７】図６にしたがった実施形態と等しい効果が得られる第４の実施形態における第２の反射器を示している。
【図８】第５の実施形態における第２の反射器を示している。
【図９】図８に対して回転した後の第５の実施形態における第２の反射器を示している。
【図１０】図８および図９にしたがった実施形態と等しい効果が得られる第６の実施形態における第２の反射器を示している。
【図１１】鉛直方向における図３にしたがった本発明にしたがった光学装置の、再帰反射器として構成された第１の反射器の移動の効果を示している。
【図１２】水平方向における図３にしたがった再帰反射器の移動の効果を示している。
【図１３】再帰反射器の、その主軸を中心とした回転の効果を示している。
【図１４】再帰反射器の主軸の傾きの効果を示している。
【図１５】本発明にしたがったレーザ干渉計の図である。
【図１６】本発明にしたがったレーザ分光計の図である。
【図１７】本発明にしたがった光学装置の代替実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
［0034］図１〜３に示される光学装置１は、第１の光軸４の方向に光線３を放出する光源２を備えている。ここでは、光源２の機械的構造５に対する第１の光軸４の固定された空間的な向きが存在する。さらに、光学装置１は、再帰反射器７の形態の第１の反射器６を備えている。具体的には、再帰反射器７は、ここでは、三面プリズム８として構成されている。再帰反射器７は、その主軸９に対して量１０だけ第１の光軸４から交差方向にオフセットされている。再帰反射器７は、光線３を第２の光軸１１の方向に反射する。第２の光軸１１は、２倍の量１０だけ交差方向に第１の光軸４から平行にオフセットされている。再帰反射器７によって反射された光線３には、図面では、参照符号３’を付与している。反射光線３’は、光学装置１の第２の反射器１２に当たる。第２の反射器１２は、その側面で、反射光線３’を第３の光軸１３の方向に反射するように構成される。第３の光軸１３は、固定量１４だけ、固定された交差方向に第２の光軸１１から平行にオフセットされている。２つの図、すなわち、図１および図２では、固定量１４は、異なるサイズに見えるだけである。なぜなら、それは、固定された交差方向に、図１および図２の視方向に対して異なる角度で延在しているからである。反射器１２によって反射された光線３には、図面では、３’’の参照符号を付与している。光軸１３上では、反射光線３’’が再び再帰反射器７に到達し、それによって、第４の光軸１５の方向に反射されている。第４の光軸１５は、第２の光軸１１からの第３の光軸１３のオフセットと同じ固定量１４だけ第１の光軸４から平行にオフセットされているが、固定された交差方向とは反対である。第４の光軸１５に沿って再帰反射器７によって再び反射された光線３には、図面では、参照符号３’’’を付与している。
【００３６】
［0035］第１の光軸４に対する第４の光軸１５の固定された位置関係は、光源２の機械的構造５に対する第２の反射器１２の固定された向きのみに基づいている。光源２に対する第１の反射器６の固定された位置または向きは、このことの前提条件ではない。このことは、図８〜１０を参照して以下でより詳細に説明される。光源２の機械的構造５に対する第２の反射器１２の固定された向きは、機械的構造５に対する第２の反射器１２の固定具１６によって達成される。この固定具は、必ずしも強固でなくてもよい。その代わりに、必要に応じて第１の光軸４に対して反射器１２を方向付けるために、ここでは、設定装置が存在してもよい。さらに、機械的構造５に対する反射器１２の所定の位置変化および向きの変化は、反射器１２の実施形態に応じて、すなわち、その固定量１４に関してだけでなく、光軸１１に対するその交差方向に関しても光軸１１と光軸１３との間の交差方向のオフセットに影響を与えないのであれば、重要ではない。
【００３７】
［0036］第２の反射器１２によって反射された光線３’’が再帰反射器７に再び当たるように再帰反射器７の必要サイズを制限するために、第２の光軸１１と第３の光軸１３との間の平行なオフセット（これは、第２の反射器によって導入される）は、固定量１４によって折り返され、第１の光軸４と第２の光軸１１との間の平行なオフセット（これは、再帰反射器７によって導入される）は、それらが互いに完全には補償しないが、部分的には補償するように、２倍の量１０によって折り返される。量１０の第１の光軸４からの再帰反射器７の交差方向のオフセットと、固定量１４の第１の光軸４からの第４の光軸１５の平行なオフセット（これは、第２の反射器１２から生じる）と、の角度２９は、鋭角であり、ここでは約３０度である。ここでの第１の光軸４からの第４の光軸１５の平行なオフセットの固定量１４は、角度２９のコサインを乗算された再帰反射器の交差方向のオフセットの量１０の約２倍である。このため、図３では、第１の光軸４は、第３の光軸１３の上方の所定の鉛直方向距離のところに位置し、第４の光軸１５は、第２の光軸１１の上方の同じ鉛直方向距離のところに配置される。
【００３８】
［0037］図１および図２に示されるように、第４の光軸１５上に第３の反射器２７（例えば、凸ミラー２８の形態）が配置されてもよい。これは、第４の光軸１５上の点を中心に湾曲しており、例えば、一方側でレーザ共振器を制限する。この場合、レーザ材料は、光源２において励起される。ここでは、第３の反射器２７は、図１および図２に示されるのとは異なる態様で、光源２の機械的構造５に固定されてもよい。
【００３９】
［0038］図４は、光線３を反射する３つの平面１８，１９，２０を有するプリズム１７の形態の第２の光学反射器１２の第１の実施形態を示している。ここでは、１つの平面１９は、光軸１１，１３に対して垂直に向けられており、残りの２つの平面１８，２０は、平面１９の面法線２１に対して軸対称に配置されている。３つの平面１８〜２０の全ての面法線は、図４の図面の平面内にある。それによって、反射器１２によって第３の光軸１３の方向に反射された光線３’’は、第２の光軸１１の方向に入射する光線３’から平行にオフセットされている（これは、常に同じ固定量１４で同じ交差方向にある）。図４は、光線３’の上方に向けた移動を細い線で示している。これは、反射光線３’’の同じ量での上方への移動を生じさせる。光線３’が図４の視方向に移動する場合、反射器１２によって反射された光線３’’も全く同じ方向に移動される。
【００４０】
［0039］図５は、図４にしたがった反射器１２と同等の反射器１２を示している。この反射器１２では、光線３を反射する平面１８〜２０は、３つの平面鏡２２上に形成される。
【００４１】
［0040］図６に示される実施形態は、追加的なプリズム３３である。光線３は、光軸１１，１３に対して垂直に向けられた反射平面１９によって反射される前に、プリズム３３の入口のところで屈折平面３４によって偏向される。光線３がプリズム３３を再び出るとき、光線３は、第２の反射器１２によって反射された光線３’’が入射光線３’’に対して平行に延在するように、追加的な屈折平面３５によって偏向される。ここで、２つの屈折光学面３４，３５は、互いに直接的に隣接している。このようにして、光軸１１に対して垂直の、光線３’が反射器１２に当たることができる面積は、特に大きい。
【００４２】
［0041］図７は、図６にしたがった反射器１２と同等の反射器１２を示している。この反射器１２では、光線３を反射する平面１９は、プリズム３３から光軸１１，１３の方向に離間した平面鏡２２上に形成される。
【００４３】
［0042］図８に示される反射器１２の実施形態は、追加的なプリズム２３である。図４にしたがったプリズム１７上と同様に、プリズム２３上には、３つの平面１８〜２０が形成され、それらは、光線３を次々と反射する。平面２０は、ここでは、光軸１１，１３に対して４５度の角度で方向付けられ、９０度だけ光線３を偏向する。残りの２つの平面１８，１９も一緒に光線３を９０度偏向する。概して、ここでも、光線３’が入射する第２の光軸１１の正確な空間的な向きとは独立して、反射光線３’’は、常に、同じ固定量１４だけ、同じ交差方向に入射光線３’から平行にオフセットされている。
【００４４】
［0043］図９は、図８にしたがったプリズム２３の旋回運動が、入射光線３’と、反射器１２によって反射された光線３’’と、の間の平行なオフセットの固定量１４を変化させないことを示している。プリズム２３が図９の図の平面に対して垂直に平行にずらされる場合であっても、固定量１４は、固定された状態に留まる。しかしながら、光軸１１，１３を中心とするプリズム１３の回転は、固定量１４の平行なオフセットの方向を変化させ、したがって、許容できない。このことは、設定が実行された後に、少なくとも、光軸１１，１３、および、それに平行な第１の光軸４を中心とする回転に対して移動できない態様で、反射器１２が図１〜３にしたがって光源２の機械的構造５に固定されなければならないことを意味している。
【００４５】
［0044］図１０は、反射器１２の実施形態を示している。この反射器１２は、図８および図９にしたがった実施形態と同等であるが、平面鏡２２から構成されている。
【００４６】
［0045］図１１（ａ）は、図１〜３にしたがった光学装置１を図３と同じ視方向で示している。ここでは、図８（ａ）の矢印２４は、再帰反射器７の下方へのシフトを示している。これは、図１１（ｂ）において実施される。それによって、第２の光軸１１は、実際に移動され、したがって、第３の光軸１３もさらに下方に移動される。しかしながら、第４の光軸１５はそれにしたがって、第２の光軸１１および第３の光軸１３に対してさらに上方にシフトされるので、第４の光軸１５は、再び第１の光軸４と同じ高さのところに位置し、水平の交差方向とは反対方向に同じ固定量１４で第１の光軸４から平行にオフセットされる。この場合、第３の光軸１３は、固定量１４だけ第２の光軸１１から平行にオフセットされる。
【００４７】
［0046］その結果、図１２は、図９（ａ）において図に示される矢印２５の方向において再帰反射器７を水平方向に右へシフトする効果を示している。それによって、第２の光軸１１も右に移動される。しかしながら、これは、ここでも第４の光軸１５が水平の交差方向とは反対側に固定量１４だけ第１の光軸４から平行にオフセットされるように、第３の光軸１３と第４の光軸１５との間で再帰反射器７によって補償される。この場合、第３の光軸１３は、固定量１４だけ第２の光軸１１から平行にオフセットされる。
【００４８】
［0047］図１３は、再帰反射器７がその主軸９を中心として図１０（ａ）の図に示される回転矢印２６の方向に回転する効果を示している。この回転は、第１の光軸４に対して第２の光軸１１を空間的に方向付けることに影響を与えない。
【００４９】
［0048］図１４は、第１の光軸４に対して主軸９が角度３１だけ傾いていることの効果を示している。この角度３１は、２つの光軸４，１１の間の平行なオフセットの変化の形態の効果を有している。しかしながら、これは、それにしたがって、光軸１３，１５間での平行なオフセットによって補償される。
【００５０】
［0049］要約すると、図１１〜１４は、三面プリズム８として構成された再帰反射器７の位置および向きが、第１の光軸４に対する第４の光軸１５の空間的な向きとは無関係であることを示している。図１１〜１４に個々に示される位置および向きの変化の線形的な組み合わせによって、再帰反射器の任意の所望の位置および向きの変化を表し得る。
【００５１】
［0050］図１５は、本発明にしたがった光学装置１を有する本発明にしたがったレーザ干渉計３４を示している。ここでは、光源２から来るレーザ光線３５は、ビームスプリッタ３６によって、光線３と、光線３に干渉可能な光線３７と、に分割される。追加的なビームスプリッタ３８の助けによって、第１の反射器６によって第４の光軸１５に沿って反射される光線３’’’、および、それに干渉可能な光線３７は重畳される。この場合、２つの相補干渉信号３９，４０が生成され、これらは、２つの検出器４１，４２によって取得される。ビームスプリッタ３８は、光源２の機械的構造５に固定的に連結される。ただし、検出器４１，４２は、必ずしも機械的構造５に連結されなくてもよい。光源２からの第１の反射器６の距離の変化によって、２つの相補干渉信号３９，４０が変化し、したがって、この距離の変化の正確な取得が可能になる。ただし、第１の反射器６の位置の向きの他の変化は、光学装置１によって補償される。
【００５２】
［0051］図１６は、本発明にしたがったレーザ分光計５２を示している。このレーザ分光計５２では、光源２、反射器１２および検出器４３は、測定体積４５の一方側において共通のハウジング４４内に配置され、その一方で、第１の反射器６は、測定体積４５の反対側にある。測定体積は、ここでは、壁４６によって境界付けられる。光線３は、ウィンドウ４７，４８を通って４回、測定体積４５に入り、再び測定体積を出て、最終的には、再帰反射器６の現在の位置および向きとは関係なく、光源２の機械的構造５に対して固定された検出器４３に確実に到達する。
【００５３】
［0052］図１７は、光学装置１の代替実施形態を示している。この光学装置１では、図４に示されるプリズム１７の形態の第２の反射器１２によって反射される光線３’’は、第１の反射器６によって再び反射されることはないが、その代わりに、それに固定的に連結された再帰反射器４９によって反射される。２つの再帰反射器７，４９の固定的な連結を例示するために、固定具３２が図１７の図に示されている。再帰反射器４９も、三面プリズムとして構成されており、ここでは特に、第１の反射器６と具体的に全く同じである。２つの再帰反射器７，４９は、第３の光軸１３に対して交差する方向に固定距離５０のところで配置される。２つの三面プリズム８の主軸９はここでは互いに平行に延在するので、ここでの固定距離５０も、２つの再帰反射器７，４９の主軸間に存在する。固定距離５０は、第２の光軸１１と第３の光軸１３との間での固定量１４の交差方向のオフセットに対して固定された角度を有しているか、または、それに平行に延在する。このことは、２つの再帰反射器７，４９を有するユニットが光軸４，１１，１３，１５のうちの１つを中心として回転されなくてもよいことを意味している。なぜなら、その場合、距離１５と、固定量１４の交差方向のオフセットと、の角度は、その後変化するからである。光学装置１のこの実施形態では、第１の光軸４と第４の光軸１５との間での交差方向のオフセットは、さらに、実際のところ、さらなる固定量５１を備えている。しかしながら、固定距離５０と、同じ量１４での交差方向のオフセットと、の間に存在する角度のコサイン倍の距離５０が固定量１４に等しい場合、このさらなる固定量５１は、固定量１４にちょうど等しい。さらに、さらなる固定量５１での交差方向のオフセットは、固定距離１５、および、固定量１４での交差方向のオフセットが互いに平行に延在する場合にのみ、固定量１４での交差方向のオフセットの方向に正確に延在する。光学装置１のこの代替実施形態では、前述の図面にしたがった実施形態とは対照的に、第１の光軸４と第４の光軸１５との間での交差方向のオフセットは、さらに、第２の光軸１１と第３の光軸１３との間での交差方向のオフセットと同じ方向を有している。さらなる特別な特徴は、光源２から来る光線３が、ここでもプリズム１７を通過することである。
【符号の説明】
【００５４】
［0053］    １…光学装置
２…光源
３…光線
３’…反射光線
３’’…反射光線
３’’’…反射光線
４…第１の光軸
５…光源の機械的構造
６…第１の反射器
７…再帰反射器
８…三面プリズム
９…主軸
１０…量
１１…第２の光軸
１２…第２の反射器
１３…第３の光軸
１４…固定量
１５…第４の光軸
１６…固定具
１７…プリズム
１８…平面
１９…平面
２０…平面
２１…面法線
２２…平面鏡
２３…プリズム
２４…矢印
２５…矢印
２６…回転矢印
２７…第３の反射器
２８…凸ミラー
２９…角度
３０…角度
３１…角度
３２…固定具
３３…プリズム
３４…レーザ干渉計
３５…レーザ光線
３６…ビームスプリッタ
３７…可干渉性光線
３８…ビームスプリッタ
３９…干渉信号
４０…干渉信号
４１…検出器
４２…検出器
４３…検出器
４４…ハウジング
４５…測定体積
４６…壁
４７…ウィンドウ
４８…ウィンドウ
４９…結合された再帰反射器
５０…間隔
５１…さらなる固定量
５２…レーザ分光計
【図１】
2019527479.tif 000003
【図２】
2019527479.tif 000004
【図３】
2019527479.tif 000005
【図４】
2019527479.tif 000006
【図５】
2019527479.tif 000007
【図６】
2019527479.tif 000008
【図７】
2019527479.tif 000009
【図８】
2019527479.tif 000010
【図９】
2019527479.tif 000011
【図１０】
2019527479.tif 000012
【図１１（ａ）】
2019527479.tif 000013
【図１１（ｂ）】
2019527479.tif 000014
【図１２（ａ）】
2019527479.tif 000015
【図１２（ｂ）】
2019527479.tif 000016
【図１３（ａ）】
2019527479.tif 000017
【図１３（ｂ）】
2019527479.tif 000018
【図１４】
2019527479.tif 000019
【図１５】
2019527479.tif 000020
【図１６】
2019527479.tif 000021
【図１７】
2019527479.tif 000022
【国際調査報告】
2019527479.tif 000023
2019527479.tif 000024
2019527479.tif 000025
2019527479.tif 000026